高水高排項目分洪箱涵深基坑支護設計與施工

黃楊華

（福建恒禹建設有限公司,福建 南平 353000）

1 工程概況

周寧縣城區(qū)高水高排項目（龍亭溪水系連通工程）位于福建省寧德市周寧縣獅城鎮(zhèn)、浦源鎮(zhèn),主要通過在東洋溪舊河道新建新建水閘、分洪箱涵、及整治河道,增設排水通道,將城區(qū)上游部分洪水（140 m3/s）引入前坪溪,將周寧縣老城區(qū)防洪能力由現(xiàn)狀5年一遇提高到20年一遇,保護城區(qū)人口4.5萬人,工程等別為Ⅳ等。

分洪箱涵為主要分洪建筑物,因此分洪箱涵防洪標準也為20年一遇,主要建筑物為4級,次要建筑物為5級,臨時工程5級。受虎崗工業(yè)園區(qū)兩側房屋、地質條件和地形因素等影響,分洪箱涵無法采用放坡開挖,需采取深基坑支護開挖,以確保箱涵施工及周邊環(huán)境安全。分洪箱涵位置見圖1。

圖1 分洪箱涵位置示意圖

2 分洪箱涵深基坑支護設計

2.1 工程地質

2.1.1 地層巖性

區(qū)內分布有第四系（Q）沖洪積層、坡殘積,白堊系寨下組（K1Z）及侏羅系上統(tǒng)南園組（J3n）。主要出露的地層有:第四系覆蓋層、侏羅系上統(tǒng)南園組以及后期侵入的巖漿巖和脈巖等。

根據(jù)勘探資料,地層主要為素填土、砂質粘性土層、全風化堿長花崗巖、強風化堿長花崗巖；素填土為近期回填,未經(jīng)壓實,厚度一般約4 m～6 m,工程力學性質較差,不宜直接作為基礎持力層；砂質粘性土承載力特征值fak=200 kPa,承載力較高,但其厚度不均（約1 m～15 m）；全風化基巖厚度約5 m～10 m,承載力特征值fak=260 kPa,承載力較高,能滿足上部結構要求,但其遇水易擾動應避免長時間泡水；強風化基巖厚度約2 m～3 m,承載力較高,承載力特征值fak=500 kPa,工程力學性質好,能滿足上部結構要求。各類巖土主要工程地質參數(shù)值見表1。

表1 各類土層主要工程地質參數(shù)值

2.1.2 水文地質

地下水可分為孔隙潛水和基巖裂隙潛水?？紫稘撍植加诘谒南邓缮⒍逊e物中,水量受季節(jié)性影響較大,基巖裂隙潛水分布于各風化層的基巖裂隙或斷層破碎帶中。地下水由大氣降水補給,向沖溝河谷排泄。地下水位變幅隨季節(jié)而變化,該工程區(qū)水位埋深約5 m～8 m。

2.1.3 區(qū)域構造穩(wěn)定性與地震動參數(shù)

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306-2015）,工程區(qū)地震動峰值加速度為0.05g,地震動反應譜特征周期Ⅱ類場地為0.40 s,相對應的地震基本烈度為Ⅵ度。

2.2 支護結構布置

需進行深基坑支護的箱涵為兩孔,凈寬3.5 m,凈高3.5 m。深基坑平面布置為條狀,總長566.48 m,深基坑工程場地位于周寧縣虎岡工業(yè)園區(qū)現(xiàn)狀道路下方,場地南北側分布有若干2～3層廠房、1處6層新建商品房,民房（淺基礎）距離基坑頂邊線最小距離約5 m、廠房距離基坑頂邊線最小距離約5 m?；由疃?.31 m～15.71 m,基坑支護結構安全等級為一級,支護結構重要性系數(shù)為1.1。

基坑采用灌注樁圍護+高壓旋噴樁止水+內支撐的方式,灌注樁為C35鋼筋混凝土結構,樁徑1.0 m,樁間距1.4 m,樁長15.9 m～26.20 m；樁外側間隙采用高壓旋噴樁止水,旋噴樁樁徑0.7 m,樁距1.4 m,樁長8.30 m～16.71 m；灌注樁頂部設C30鋼筋混凝土冠梁,尺寸1.0 m×0.8 m；對撐梁分三道布置,均為C30鋼筋混凝土結構,尺寸0.7 m×0.7 m,平面間距5.0 m。

2.3 支護結構計算

采用理正深基坑軟件進行計算,計算選取基坑支護最大斷面（XK+210.00）作為計算斷面,計算工況選取最不利的情況（施工期）,工況信息見表2。工況1～工況7的壓力、位移、彎矩、剪力見圖2～圖9。

表2 工況信息

圖2 工況1壓力、位移、彎矩、剪力圖

圖3 工況2壓力、位移、彎矩、剪力圖

圖4 工況3壓力、位移、彎矩、剪力圖

圖5 工況4壓力、位移、彎矩、剪力圖

圖6 工況5壓力、位移、彎矩、剪力圖

圖7 工況6壓力、位移、彎矩、剪力圖

圖8 工況7壓力、位移、彎矩、剪力圖

圖9 工況7包絡圖

2.4 整體結構穩(wěn)定計算

計算方法——瑞典條分法；應力狀態(tài)——總應力法；條分法中的土條寬度: 1.00 m。

整體穩(wěn)定安全系數(shù) Ks=4.973≥1.3；圓弧半徑 R（m）=25.357；圓心坐標X（m）=-3.328,圓心坐標Y（m）=14.485；滿足要求。整體穩(wěn)定驗算簡圖見圖10。

圖10 整體結構穩(wěn)定計算簡圖

2.5 抗傾覆穩(wěn)定性計算

經(jīng)計算安全系數(shù)最小的工況號7最小安全Ks=1.422≥1.250,滿足規(guī)范要求,抗傾覆安全系數(shù)計算成果見表3。

表3 抗傾覆安全系數(shù)計算成果表

3 分洪箱涵深基坑支護施工關鍵技術

3.1 灌注樁的施工關鍵技術

（1）成孔施工

灌注樁施工前必須進行試成孔,試成孔數(shù)量最少2個,試成孔經(jīng)確認符合要求后,方可進行下一道工序施工。

（2）泥漿護壁

施工期間鋼護筒內的泥漿面應高出地下水位1.0 m以上[1]。

（3）清孔

1）在灌注混凝土之前,需檢測孔底沉渣,沉渣厚度應＜50 mm。

2）清孔完成以后,應保持孔內水頭高度,30 min內應灌注混凝土。若超過30 min,灌注混凝土[2]前孔底沉渣厚度應重新測定。

（4）鋼筋籠的制作及安裝

1）應嚴格按照設計圖紙進行灌注樁的配筋。

2）焊接材料應選擇與主體鋼筋強度相適應的焊接材料,應符合現(xiàn)行的行業(yè)標準規(guī)定。

3）應采用環(huán)形模板制作灌注樁的鋼筋籠,嚴格按照設計圖紙要求的尺寸制作。

4）在鋼筋籠頂端至少應設4個起吊點,對起吊點位置應采取加強措施,以保證鋼筋籠吊裝時不會產生變形。

5）灌注樁的鋼筋籠可以采取整段制作,也可采取分段制作,具體視鋼筋籠的長度、剛度、吊裝設備而定。

6）鋼筋籠主筋的保護層厚度：水下澆注樁允許偏差值±20 mm,非水下澆注樁允許偏差值±10 mm。

7）鋼筋籠的安裝深度允許偏差范圍±100 mm,主筋間距允許偏差范圍±10 mm,箍筋間距或螺旋筋螺距允許偏差范圍±20 mm,鋼筋籠的直徑允許偏差范圍±10 mm。

（5）灌注混凝土

1）水下混凝土必須具備良好的和易性,水灰比為0.45～0.65,最小水泥用量340 kg/m3,外摻劑選用粉煤灰,摻入量為水泥用量的40%。

2）樁身混凝土灌注充盈系數(shù)≥1.15。

（6）驗收

灌注樁施工經(jīng)檢驗后,確認其符合設計、相關規(guī)范和規(guī)程,方可進行驗收。

（7）樁身樁身完整性檢測

混凝土灌注樁應進行樁身完整性抽樣檢測,可采用低應變動測法,檢測數(shù)量不少于總樁數(shù)的20%,且不少于5根,當采用低應變動測法判定為Ⅲ、Ⅳ類時,應采用鉆芯法驗證,并擴大動測數(shù)量,檢測方法和數(shù)量還應符合《建筑樁基檢測技術規(guī)范》的要求。

3.2 高壓旋噴樁施工關鍵技術

（1）灌注樁強度達80%以上方可施工咬合旋噴樁,高壓旋噴施工宜分段分序進行,分兩序間隔一孔先后施工。

（2）在現(xiàn)場高壓噴射灌漿作業(yè)開始前,應選取部分具有代表性的高噴孔作為先導孔,采取芯樣,核對地層是否與設計階段勘探孔地質資料是否一致,先導孔孔距為10 m。

（3）造孔：造孔必須采用地質鉆探的鉆機導孔。鉆進時要嚴格控制孔斜,孔斜應小于0.7%；孔深大于15 m時,宜采用磨盤式鉆機造孔,鉆桿每鉆入3 m用測斜儀測量一次,發(fā)現(xiàn)超過規(guī)定的孔斜率要求時應隨時其糾正。在正常情況下,相鄰兩個次序的灌漿孔應待先序孔完全施工完畢以后再開始后續(xù)孔的施工,嚴禁采用對灌漿軸線全部造孔完成后再分序灌漿的施工方法。

（4）下注漿管：將注漿管下放到設計深度,將噴嘴對準噴射方向不準偏斜是關鍵；用震動鉆時,下管和鉆孔應合成一體進行。為保證噴嘴不堵塞,可采取邊低壓泵送水泥漿,邊下注漿管的方式。

（5）注漿材料應使用合格的普通硅酸鹽水泥,水泥強度等級不低于42.5級。注漿方式采用壓入式上行法,自下而上,當旋噴管伸入至樁的設計深度,注漿前應先進行試噴,待注漿壓力達到要求時才提升注漿管進行旋噴；初擬旋噴主要技術參數(shù)建議如下（施工技術參數(shù)必須在施工前先進行現(xiàn)場試驗來確定,施工前應選擇重要的、復雜的和樁長最長的地層進行高噴灌漿現(xiàn)場試驗,以確定有效樁徑、施工參數(shù)、漿液性能要求等,并將試驗成果報送設計單位進行調整確定）。

工作壓力：25 MPa～40 MPa（漿）、0.6 MPa～0.8 MPa（氣）。

流量：70 L/min～100 L/min（漿）、0.8 m3/min～1.2 m3/min（氣）。

噴嘴數(shù)量：2或1（漿）、2或1（氣）。

管嘴直徑：D=2.0 mm～3.2 mm （漿）。

噴管提升速度：10 cm/min～25 cm/min。

旋噴轉速：10 r/min～25 r/min。

水泥用量：200 kg/m～250 kg/m。

水灰比：1∶1 。

（6）水泥漿的攪拌時間：高速攪拌機≥30 s；普通攪拌機≥90 s；從水泥漿制備完成至使用完的間隔時間應小于4 h。

（7）旋噴樁在灌漿過程中因故中斷后恢復灌漿時,應對中斷的孔段進行復噴,搭接的長≥0.5 m。

（8）灌漿施工過程中,當出現(xiàn)灌漿壓力突然降低或驟增、孔口回漿的漿液密度或者回漿量出現(xiàn)異常情況時,必須立即查清原因并及時處理；灌漿過程中須采取有效措施保證孔內的漿液反流通暢,以免造成地層劈裂、地面抬動等破壞；孔口若不返漿,應立即停止施工。

（9）旋噴灌漿結束后,利用回漿或水泥漿及時進行回灌,直至孔口漿液面不再下降為止。

（10）旋噴防滲墻施工完后應進行取芯試驗和注水試驗,測定防滲墻的抗?jié)B指標,滲透系數(shù)≤1×10-6cm/s,檢測點數(shù)量為總施工孔數(shù)的1%,并不少于3個孔。

3.3 內支撐施工關鍵技術

（1）鋼筋混凝土內支撐梁的平面布置及截面尺嚴格按照圖紙尺寸,支撐梁的混凝土保護層厚度按35 mm。

（2）腰梁采用吊筋進行固定,并在施工腰梁時,提前布置吊筋并牢固連接,腰梁施工前應將排樁的連接表面清理干凈,應與擋土構件緊密連接,不留縫隙。

（3）同一支護段支撐梁頂面標高應處在同一平面上,標高誤差控制在±30 mm以內,以確保支撐力的正常傳遞。

（4）支撐梁底部應澆搗100 mm厚C15素砼墊層,并在墊層與支撐梁間采用油氈等隔離措施,以便在土方開挖時鑿除墊層。

（5）內支撐結構的施工順序應與設計7個工況順序一致。

（6）嚴禁大型機械設計在支撐梁上作業(yè),當需在支撐梁頂面運行小型挖土機械時,應在梁頂覆土,覆土厚度不小于1000 mm,并在車行通道上架設鋼板。

（7）內支撐梁施工偏差：支撐標高的允許偏差30 mm；水平位置的允許偏差為30 mm。

（8）在每道內支撐結構達到設計強度后,方能進行下一層土方的開挖作業(yè)。

4 結語

高水高排分洪箱涵的深基坑支護采用灌注樁圍護+高壓旋噴樁止水+內支撐的方案,并對其進行了設計,實踐證明,在基坑施工過程中,對坑外地層變形（地表沉降,地下表水位等） ,毗鄰建筑物的傾斜以及臨近地下管線沉降與位移等方面進行監(jiān)測,未出現(xiàn)任何質量事故,施工方案經(jīng)濟可行；結果對類似地質和施工環(huán)境的分洪箱涵的深基坑項目具有可以借鑒的經(jīng)驗。